付佳興
(陽煤集團, 山西 陽泉 045000)
井下皮帶機因為具有安裝方便、運輸距離長和運輸能力強的優(yōu)勢,目前被很多煤礦企業(yè)所應(yīng)用,不過實際運行中容易出現(xiàn)皮帶打滑問題,進而導(dǎo)致滾筒發(fā)熱,在長時間摩擦下會降低皮帶和滾筒之間的摩擦力,影響皮帶機的壽命。井下皮帶機容易打滑且使用壽命低下,會影響井下的正常生產(chǎn)和企業(yè)的成本投入,不利于煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。井下皮帶機打滑主要受預(yù)緊力、摩擦力系數(shù)和皮帶繞滾筒所形成的包角等因素的影響,如何降低打滑問題的發(fā)生概率,也成為了很多煤礦企業(yè)重點考慮的問題。
當(dāng)前井下皮帶機在工作時主要利用摩擦力作為動力使皮帶完成驅(qū)動。當(dāng)皮帶機處于靜止?fàn)顟B(tài)時,皮帶受到的力為初始力F0,且皮帶緊貼在兩個滾筒上;當(dāng)皮帶機工作時,輸送帶在驅(qū)動滾筒繞入點上的張力變?yōu)镕1,在繞出點上的張力為F2,具體如圖1 所示。
皮帶所受到的摩擦力:
根據(jù)歐拉公式:
式中:F1為皮帶在繞入滾筒時受到的拉力;F2為皮帶在繞出滾筒時受到的拉力;μ 為皮帶和滾筒之間摩擦力的系數(shù);α 代表皮帶繞滾筒時所形成的包角。
因為皮帶在轉(zhuǎn)動時總長度不變,所以松邊拉力的減小量應(yīng)等于緊邊拉力的增加量,即:
根據(jù)式(1)—式(3)可以整理出滾筒提供給皮帶的最大摩擦力為:
結(jié)合式(4)可以得出,影響皮帶和滾筒之間的摩擦力因素主要有以下三點,分別是預(yù)緊力F0、摩擦力系數(shù)μ 和皮帶繞滾筒所形成的包角α。當(dāng)這三個重要因素發(fā)生變化時,就會影響到摩擦力降低,不能提供皮帶運輸機足夠的拉力,致使打滑問題出現(xiàn)[1],如圖1所示。
圖1 皮帶受力簡圖
煤礦在井下開采時,受到內(nèi)部作業(yè)環(huán)境復(fù)雜的影響,實際在開采工作中頂板在運行時間過長后,會出現(xiàn)一定程度的漏水問題,且巷道積水過多下還可能導(dǎo)致井下皮帶沾水處于濕潤狀態(tài),在這種情況下會使皮帶和滾筒發(fā)生相互作用,導(dǎo)致兩者之間的摩擦系數(shù)不斷降低,最終在皮帶摩擦力不足下無法提供有效的傳遞拉力,出現(xiàn)打滑問題。
在煤礦巷道的挖掘過程中,前進的距離每次保持在6 m 左右,這便需要皮帶機的末端要隨著巷道的前進而移動,相關(guān)的技術(shù)人員需要在某個部位將皮帶進行拆解,然后接上一段新的皮帶,保證皮帶機末端在移動后,依然使皮帶的距離滿足運行的需要。當(dāng)接完新皮帶后,還需要提高預(yù)緊力,在皮帶機頭部位拉緊皮帶,使其預(yù)緊力滿足皮帶機的運行需要。不過皮帶的拉緊一般需要人工進行操作,容易在操作不當(dāng)中減低皮帶的預(yù)緊力,且在皮帶有著容易松弛的特點下,會加大打滑問題的出現(xiàn)概率。
由于煤礦井下煤層的坡度變化較大,且皮帶機頭位于坡度變化較大的地方,所以皮帶繞滾筒而成的包角容易變小,進而出現(xiàn)打滑問題。具體而言,皮帶在處于靜止?fàn)顟B(tài)下,會緊貼皮帶架上,在實際運行中下部的皮帶在滾筒作用下不會產(chǎn)生角度變化,而上部分的皮帶會在滾筒的拉力下,使皮帶飛出皮帶架,進而使皮帶繞滾筒而成的包角逐漸變小,最后出現(xiàn)打滑問題。此外,在皮帶機端部,受到煤塵和灰塵的影響和長時間未檢修的影響,會加劇皮帶機內(nèi)部零件的老化,進而容易出現(xiàn)皮帶打滑問題[2]。
第一,需要對皮帶機的滾筒和皮帶進行定期檢修和更換,保證皮帶和滾筒之間的紋路清晰,這樣可以使兩者之間有著較高的摩擦系數(shù),降低打滑問題的出現(xiàn)次數(shù)。第二,當(dāng)出現(xiàn)皮帶機打滑問題時,如果皮帶磨損較輕,只是機器剛啟動時發(fā)生打滑,這種情況下便可以針對滾筒和皮帶的接觸位置,撒上一定的砂礫,增大皮帶與滾筒之間的摩擦系數(shù),對皮帶起到正常的驅(qū)動作用。需要注意的是,這種措施需要在皮帶靜止?fàn)顟B(tài)時開展,從而降低各種安全事故的發(fā)生。第三,煤礦井一般在環(huán)境上都較為潮濕,當(dāng)皮帶沾水時便會使皮帶表面更光滑,進而不斷降低皮帶的粗糙程度和摩擦系數(shù)。這時便可以適當(dāng)降低除塵水量,降低皮帶受到潮濕的影響,提高摩擦系數(shù)。第四,加大摩擦力系數(shù)也可以通過調(diào)整滾筒的位置來實現(xiàn),具體要了解好井下皮帶機的結(jié)構(gòu)特點,根據(jù)驅(qū)動滾筒和改向滾筒的運行情況做好調(diào)整,保證皮帶張緊力更加均勻,滿足運輸方面的需要。第五,在井下皮帶機出現(xiàn)打滑時,也有可能是滾筒直徑不一致導(dǎo)致的,需要相關(guān)技術(shù)人員調(diào)整好滾筒的直徑,并做好清理方面的工作,使煤礦井下皮帶打滑問題得到解決[3]。
首先,利用皮帶機頭的拉緊裝置,對皮帶進行拉緊處理,要注意在滾筒的位置發(fā)生變化后,必須結(jié)合井下皮帶增長的行程,通過預(yù)緊力的提高使其長度合理。不過利用拉緊裝置的方法只適用于皮帶略微松弛的狀態(tài),一旦皮帶的松弛程度較嚴(yán)重,相關(guān)技術(shù)人員便不能僅僅通過拉緊裝置完成皮帶預(yù)緊力的提高,這時需要移動滾筒,滿足煤礦井下皮帶拉緊的要求。其次,由于井下環(huán)境較為復(fù)雜,且在皮帶機長時間的運輸下會出現(xiàn)皮帶松弛的問題,進而導(dǎo)致皮帶打滑,這時為了提高預(yù)緊力可以利用挖掘設(shè)備直接拖拽皮帶機的機尾部位,從而加強皮帶預(yù)緊力。最后,在皮帶打滑不嚴(yán)重時,可以在機器啟動前在皮帶上放置煤矸,增大皮帶所受的重力,這樣也可以增加預(yù)緊力。
通過實驗,適當(dāng)增大皮帶繞滾筒的包角既可以降低皮帶機打滑問題出現(xiàn)的概率,也能提高煤礦井下皮帶機的運行安全性。在實際增大皮帶繞滾筒的包角時,需要相關(guān)技術(shù)人員調(diào)整井下副滾筒的高度,同時將皮帶繞主滾筒形成的包角進行調(diào)整,進而提高皮帶的摩擦力,避免皮帶機打滑問題的出現(xiàn)[4],如圖2 所示。
圖2 調(diào)整副滾筒示意圖
針對皮帶摩擦系數(shù)小、預(yù)緊力小和皮帶繞滾筒形成包角小的問題,需要結(jié)合井下情況增大皮帶的摩擦力系數(shù)、增加皮帶預(yù)緊力和適當(dāng)增大皮帶繞滾筒包角,從而降低井下皮帶機打滑問題的出現(xiàn)概率。另外,對于井下皮帶的檢修維護人員而言,需要有著較高的職業(yè)素養(yǎng),通過有效地檢修和維護提高皮帶機的使用壽命,并在降低打滑問題的出現(xiàn)次數(shù)后,促進煤礦企業(yè)的發(fā)展。